Реферат: Проблема детерминизма в современной науке

В квантовой физике того времени существовало множество противоречий. Например, в атомной модели Бора для расчета электронных орбит использовались законы классической механики и электродинамики, а для объяснения устойчивости электронных орбит привлекались условия квантования. В рамках одной и той же модели применялись положения, которые иногда прямо противоречили друг другу.

Однако подход, развитый в 1926 году Шредингером, изначально был попыткой перехода от корпускулярного описания электрона к чисто волновому, и порождал свои трудности. Сложности возникали как с интерпретацией волновой функции (в частности, при переходе к задаче с несколькими электронами волновую функцию нельзя было отождествлять с классическим распределением заряда), так и прежде всего с попыткой построить физическую теорию исключительно на базе волнового представления, отказавшись от идей корпускулярно-волнового дуализма. Выход из затруднения подсказывали исследования процессов атомных столкновений, проведенные Максом Борном в конце лета 1926 года. Анализ рассеяния электронов и альфа-частиц на ядрах довольно неожиданно дал ключ к пониманию смысла волновой функции Шредингера: квадрат ее амплитуды соответствовал вероятности обнаружения частицы в данной точке пространства. В то время как для Шредингера волновая функция была непосредственно наблюдаемой величиной, Борн отводил ей роль "направляющего поля" для электронов. Такая интерпретация (получившая название копенгагенской) поставила волновую механику на прочную физическую основу и выбила почву из-под многих спекуляций, в том числе из-под наивных реалистических рассуждений Шрединдерга.

Долгое время одни выдающиеся физики (Бор, Борн, Паули) придерживались концепции, что все явления природы подлежат лишь вероятностной интерпретации, в то время как для многих не менее выдающихся физиков нашего столетия, в том числе многих создателей квантовой механики (Шредингер, Эйнштейн, Луи де Бройль, Макс Планк) подобное статистическое истолкование квантовой теории оказалось крайне неприемлемым. Они придерживались концепции причинности и детерминизма восходящих своими корнями к классической механике. Суть спора сводилась к следующему: является ли статистический характер законов квантовой физики результатом неполного знания, и не уступят ли эти законы свое место новым, не менее детерминистским, как законы Ньютона, или вероятность лежит в основе законов самой природы. Так во время пребывания в Копенгагене Шредингер заявил Бору:

Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то приходиться пожалеть, что я вообще занялся квантовой теорией [7].

Для него было страшно представить, что электрон "мог прыгать, как блоха" [7]. Широко известно выражение Эйнштейна, что "Бог не играет в кости". Эта же мысль прослеживается в письме Дж. Франку:

Я могу еще, если на то пошло, понять, что Господь Бог мог сотворить мир, в котором нет законов природы. Короче говоря, хаос. Но то, что должны быть статистические законы с вполне определенными решениями, например законы, вынуждающие Господа Бога бросать кости в каждом отдельном случае, я считаю в высшей степени неудовлетворительным [7].

В статье "Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?" Эйнштейн утверждал, что волновая механика не полна, и со временем должна появиться статистическая квантовая теория, которая явиться аналогом статистической механики: движение отдельных частиц должны быть детерминированы, но вследствие большого числа частиц их ансамбли должны описываться на основе статистики и теории вероятности [11]. То же мнение выразил Поль Дирак (1978), считавший, что возможно в будущем появится усовершенствованная квантовая механика, в которой произойдет возврат к детерминизму и тем самым подтвердиться точка зрения Эйнштейна. Но возврат к детерминизму, по мнению Дирака, возможен только ценой отказа от каких-то основных идей, которые мы сейчас принимаем без малейшего сомнения. Если мы вернемся к детерминизму, то нам придется каким-то образом заплатить за это, хотя сейчас трудно предугадать, чем именно.

Ни Дирак, ни Эйнштейн не предложили альтернативной модели атомной теории. И к настоящему моменту квантовая теория достигла такого уровня в своем развитии, что решение проблемы вряд ли зависит только от получения новых экспериментальных данных. Хотя, для описания явлений, в которых участвуют видимые или осязаемые объекты, физики по прежнему используют детерминистические законы классической механики, их отношение к детерминизму при описании явлений такого рода существенно изменилось, благодаря развитию идеи квантовой механики. Все происходит так, как происходит, поскольку вероятность этого весьма высока, а вероятность того, что может быть иначе, весьма незначительна.

Впрочем, ученым ли рассуждать о природе вероятности в описании квантовых явлений? Да и кто согласится быть детерминированным, когда даже пошлый электрон притендует на то, что его поведение таковым не является. Вероятность она присуща и даже бывает различной по своей сути. В процессе эволюции, в процессах генетической наследственности и развития можно выделить вероятностные события с устойчивым распределением частот, и процессы не поддающиеся детерминизации, и в таких случаях "предстоит выяснить, какое понимание случайности в каком разделе эволюции является главным" [13].

В своей статье "О детерминизме" Я. Лукасевич, раскритиковав закон дедукции и принцип причинности, как фундамент детерминистского мировоззрения, пришел к выводу, что "аргументы, извечно приводимые в пользу детерминизма, не выстояли под огнем критики". Далее он пишет: "Несомненно из этого не следует по меньшей мере, что детерминизм является ошибочной точкой зрения, ошибочность аргументов не служит доказательством ошибочности тезиса. Только одно я хотел бы сказать, основываясь на приведенной критике, что детерминизм не является лучше обоснованной точкой зрения нежели индетерминизм." [9].

Анализируя его статью, другой философ приходит к выводу: "Человек действительно свободен, если он имеет власть над прошлым" [4]. И, таким образом, встает вопрос: "Что есть прошлое?" и можно ли на него повлиять? В последнем вопросе, считает автор, обнадеживающие результаты получал с 1953 г. французский физик Коста де Берга, проводящий идею о внутренней симметрии между прошлым и будущим, и возможностью воздействия квантового явления не только на прошлое, но и на будущее.

Впрочем, и без привлечения квантовомеханических явлений рассуждая о "механизме течения времени" можно прийти к выводу, что "будущее - это возможность, представляющая собой тенденции дальнейшего развития конкретного материального объекта". В этой связи "нельзя не согласиться с тем, что мы говорим о будущем, имея ввиду не вообще что-либо несуществующее, а то, что мы надеемся видеть когда-либо настоящим" [8].

Таким образом, прослеженная многовековая история развития идей детерминизма в философии оказывается тесно сопряженной с развитием аналогичных идей в науке. Вряд ли современное положение в вопросе о природе вероятности в описании реальных природных процессов, в том числе в жизни человека, можно считать закрытым, но нельзя не отметить, что и механицизм, и учение о причинности, и детерминизм испытали на себе глубокое воздействие последних научных открытий.

Детерминированное и случайное

Опосредованное возможным отношение необходимого и действительного дополняется в физике нового времени понятиями детерминированного и случайного. Рассмотрим соотношение этих понятий для случая классического лапласовского детерминизма. Часто детерминизм Лапласа понимают как доктрину, согласно которой точное знание положения вещей во Вселенной в некоторый момент времени to автоматически делает известным положение вещей во Вселенной в любой другой момент времени. Согласно этой версии детерминизма, знание о положении вещей в настоящем автоматически делает известным положение вещей в сколь угодно отдаленном будущем и сколь угодно отдаленном прошлом. Однако Лаплас на самом деле высказывается более аккуратно [15]:

Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу и относительное положение всех ее составных частей, если бы он вдобавок оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел вселенной наравне с движениями легчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором. .... Все усилия духа в поисках истины постоянно стремятся приблизить его к разуму, о котором мы только что упоминали, но от которого он останется всегда бесконечно далеким.

Лаплас говорит не только об отношении мира и нашего знания о мире, но и о третьем элементе отношения - гипотетическом уме, бесконечно отличающемся от нашего познающего рассудка. Во-первых, проблема состоит не только в том, что мы знаем не все физические характеристики или знаем их неточно, но и в том, что наш рассудок не обладает достаточной “аналитической силой”. Как мы теперь знаем, недостаток “аналитической силы” для анализа сложных систем касается не только вычислительных мощностей, но и самого аналитического аппарата. Во-вторых, проблема (и, очевидно, главная проблема) состоит в том, что мы знаем не все “силы, одушевляющие природу”. Под силой здесь Лаплас понимает то, что сейчас называют “взаимодействием” (гравитационное, электромагнитное, и т.д.). То есть проблема, согласно Лапласу, состоит в том, что знание фундаментальных законов, которым мы обладаем, остается неполным и только вероятным.

Как же мыслит гипотетический лапласовский ум? Предположим, что законы механики Ньютона установленны и абсолютно точны. Положение тела (в фазовом пространстве координат и скоростей) в момент времени to автоматически делает известным его положение в любой другой момент времени в прошлом или будущем. Это можно подтвердить экспериментально: бросить камень под определенным углом к горизонту с заданной начальной скоростью и предсказать место его падения. Обратим внимание на то, что фиксированный закон открывает поле возможностей для экспериментирования. На этом поле возможного основывается возможность предсказания, составляющая смысл детерминизма: предсказание в данном случае есть именно выбор между рядом возможных мест падения камня. Таким образом, поле возможного выступает здесь двояко. С одной стороны имеется поле возможных начальных условий, предваряющее действительное положение вещей здесь и сейчас. Можно бросить камень в другом месте и с другой скоростью, и, соответственно, иным будет предсказанное место падения камня. “Знать относительное положение всех частей” мира здесь и сейчас, значит из всех возможных относительных положений указать на то единственное, которое имеет место в действительности. С другой стороны, задание начальных условий - либо в эксперименте, либо непосредственным наблюдением действительного положение вещей - согласно установленному закону, с необходимостью влечет за собой определенное положение вещей в будущем. Необходимость перечеркивает все возможные будущие положения вещей, кроме единственного, которое совпадает с действительным. Это и означает детерминированность, которая, как мы видим, оказывается способом совпадения необходимого и действительного в возможном.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5